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M :Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)
Systèmes (EDSYS)
Systèmes communicants sans fil pour les réseaux avioniques embarqués
lundi 18 juin 2012
Bafing Cyprien SAMBOU
Mme Isabelle GUERIN LASSOUS Mr. Francis LEPAGE Mr. Christian FRABOUL
Mr. Fabrice PEYRARD IRIT: UMR 5505
Mme Isabelle GUERIN-LASSOUS, Professeur à l'Université de Lyon 1, Rapporteur Mr. Francis LEPAGE, Professeur à l'Université Henri Poincaré de Nancy, Rapporteur
Mr. GAYRAUD Thierry, Professeur à l'Université de Toulouse, Examinateur Mr. LOPEZ Juan, Ingénieur de recherche à AIRBUS Toulouse, Examinateur
Je tiens tout d’abord `a remercier mes directeurs de th`ese Mr. Christian FRABOUL et Mr. Fabrice PEYRARD pour leurs conseils, leur disponibilit´e et la qualit´e de leur encadrement. Leurs analyses et d´emarches scientifiques m’ont aid´e `a beaucoup progresser durant ma th`ese. Je les remercie ´egalement du soutien qu’ils m’ont apport´e tout au long de la th`ese.
Je remercie Mme Isabelle GUERIN LASSOUS et Mr. Francis LEPAGE pour l’int´erˆet qu’ils ont port´e `a mes travaux en acceptant de les ´evaluer. Je les remercie ´egalement de leur participation au jury de ma th`ese. Merci `a Mr. Thierry GAYRAUD qui a accept´e de pr´esider le jury et d’examiner mes travaux et `a Mr. Juan LOPEZ pour sa participation au jury et son l’int´erˆet port´e `a ma th´ematique de recherche.
Un grand merci aux membres de l’´equipe IRT, enseignants et doctorants qui ont cr´e´e un cadre de travail tr`es plaisant. J’en profite pour faire un clin d’œil `a Hicham SLIMANI, Assia BOUMAHDAF et Abdelaziz Ahmed NACER, mes coll`egues de bureau.
Je remercie ´egalement les super-h´eros Sylvie ARMENGUAD et Sylvie EICHEN pour leur bont´e, leur disponibilit´e et leur ´ecoute.
Un tr`es vif remerciement pour Mr. Claude THIRRIOT pour sa disponibilit´e, son sou-tien et ses conseils.
J’adresse ´egalement un grand merci aux membres du grain : Amadou Baba BA-GAYOGO mon fr`ere de gal`ere, l’irr´eductible M´ekossou BAKAYOKO (Baka), Alain TCHANA, Cheikh OUMAR AIDARA, Aboubacar DIALLO, Cheikh TALL et le professeur TOURE Mohamed. Je remercie ´egalement les BENGUIS : Suzy TEMATE et laurent BROTO*, Omer NGUENA TIMO, Larissa MAYAP et Raymond ESSOMBA.
Merci `a tous mes confr`eres « from Galsen » : Bassirou MBACKHE, Lamine NDIAYE, Siradji BA, Baba TOURE, Godfred**, Alassane SENE pour leurs aides et leurs soutiens. Je termine ces remerciements en adressant une pens´ee particuli`ere `a mes parents : Soussou SAMBOU et Fatou CAMARA, qui m’ont toujours soutenu et encourag´e. Je remercie ´egalement mes fr`eres et sœur qui ne m’ont pas oubli´e, malgr´e ces milliers de kilom`etres qui nous s´eparent.
Table des mati`
eres
1 Etat de l’art 6
1.1 R´eseaux industriels et technologies de r´eseaux locaux sans fil . . . 7
1.1.1 R´eseaux locaux industriels : description . . . 7
1.1.2 Principaux besoins des syst`emes industriels automatis´es . . . 9
1.1.3 Technologies de r´eseaux sans fil dans le milieu industriel . . . 10
1.1.4 Conclusion partielle . . . 19
1.2 Syst`emes de communication avioniques . . . 20
1.2.1 Architectures des syst`emes avioniques . . . 20
1.2.2 R´eseaux de donn´ees avioniques . . . 23
1.2.3 R´eseau de donn´ees AFDX . . . 24
1.2.4 Conclusion partielle . . . 32
1.3 Norme IEEE 802.11e . . . 33
1.3.1 Architecture de l’IEEE 802.11 . . . 33
1.3.2 Pile protocolaire IEEE 802.11 . . . 34
1.3.3 M´ethodes d’acc`es distribu´ees de la famille IEEE 802.11 . . . 36
1.3.4 M´ethodes d’acc`es centralis´ees de la famille IEEE 802.11 . . . 41
1.3.5 Norme 802.11 dans les applications industrielles automatis´ees . . . 49
1.3.6 Conclusion partielle . . . 51
2 Architecture hybride IEEE.802.11e/AFDX 53 2.1 Topologie hybride . . . 55
2.1.1 Description de la topologie . . . 55
2.1.2 Contraintes li´ees `a l’IEEE 802.11e . . . 57
2.2 Proposition d’une m´ethode d’ordonnancement `a deux niveaux . . . 69
2.2.1 Ordonnancement local . . . 69
2.2.2 Ordonnanceur centralis´e . . . 70
2.3 Conclusion . . . 71
3 Ordononnanceur local : AFDX Wireless Scheduler 73 3.1 Gestion des contraintes temporellles . . . 74
3.1.1 Classification des VLs . . . 75
3.1.2 Contrˆole de la gigue et de la latence maximale . . . 75
3.2 Politique de gestion de la retransmission . . . 78
3.3 Expression des besoins de bande passante . . . 79
3.4 Gestion de la bande passante allou´ee aux VLs . . . 81
3.5 Processus d’ordonnancement AWS . . . 83
3.5.1 D´efinition des diff´erentes ´etats des VLs . . . 84
3.5.2 Etapes de l’ordonnancement . . . 84
3.6 Conclusion . . . 86
4 Ordonnancement et un contrˆole d’admission centralis´es 87 4.1 Description de l’ordonnancement centralis´e . . . 88
4.2 Phase d’ordonnancement hors-ligne . . . 90
4.2.1 D´efinition de l’intervalle de service et de la p´eriode d’ordonnancement 91 4.2.2 Surplus de bande passante pour la retransmission . . . 92
4.2.3 M´ethode AFBA, Advanced Fixe Bandwidth Allocation . . . 94
4.2.4 M´ethode VBA, Variable Bandwidth Allocation . . . 99
4.3 Ordonnancement en ligne . . . 107
4.4 Conclusion . . . 108
5 Evaluation globale de l’architecture hybride propos´ee 109 5.1 Evaluation de la charge de trafic AFDX admissible par l’IEEE 802.11e dans´ un sc´enario de pire cas . . . 110
5.1.1 Motivations et hypoth`eses . . . 110
5.1.2 VLs admissibles . . . 112
5.1.3 R´esultats num´eriques . . . 113
5.2 Sc´enarios et param`etres de simulation . . . 115
5.2.1 Caract´erisations des sc´enarios . . . 115
5.2.2 Param`etres de simulation et d’´evaluation . . . 117
5.3 Ordonnancement local : QSTA . . . 118
5.3.1 RS et AWS . . . 119
5.3.2 Versions am´elior´ees d’AWS et de RS . . . 125
5.4 Evaluation globale du r´´ eseau 802.11e/AFDX . . . 134
5.4.1 Pr´esentation des m´ethodes d’acc`es propos´ees . . . 135
5.4.2 Analyse comparative des m´ethodes d’acc`es . . . 137
5.4.3 Synth`ese comparative . . . 148
Introduction
Motivations
L’´evolution des technologies de r´eseaux locaux sans fil dans l’entreprise et dans le domaine du grand public a ´et´e fulgurante cette derni`ere d´ecennie. Les technologies de r´eseaux locaux sans fil sont de plus en plus utilis´ees dans l’habitat, les instituts ´educatifs, les bureaux des grandes entreprises, les salles de conf´erences, les zones publiques (gare, a´eroport, ...). Ce ph´enom`ene est li´e au fait que ces technologies sans fil facilitent la connec-tivit´e des ´equipements tels que les ordinateurs portables, les imprimantes, les claviers, ..., avec la suppression du support physique filaire. L’´evolution des technologies sans fil a aussi atteint des secteurs d’activit´e comme la sant´e, par exemple avec les capteurs sans fil pour la bio-surveillance `a distance. L’industrie automatis´ee voit ´egalement l’arriv´ee des technologies de r´eseaux locaux sans fil dans son environnement. Les besoins de r´ educ-tion des coˆuts d’installation, de r´eduction du cˆablage, de mobilit´e, d’accessibilit´e pour les ´equipements isol´es ou difficiles d’acc`es, de reconfiguration rapide du r´eseau, ont motiv´es l’utilisation des technologies sans fil dans l’industrie automatis´ee.
L’intˆeret port´e au sans fil ne se limite pas seulement `a l’industrie automatis´ee, le do-maine a´erospatial s’int´eresse ´egalement aux technologies sans fil. Nous notons la cr´eation du consortium ”Fly-by-Wireless Sector Consortium” par l’organisation internationale CA-NEUS [13]. Ce consortium regroupe des partenaires des secteurs priv´es et publics tels que : Industry Canada, Bell Helicopter, NASA JSC, Ecole Polytechnique de Montreal, University of Maine (USA), Boeing Phantom Works, ... . Les efforts du consortium contri-buent `a r´eduire les cˆables et les connecteurs dans l’industrie a´erospatiale en fournissant des services fiables, `a moindre coˆut, et des alternatives de performance plus ´elev´ees pour les v´ehicules. En effet, l’utilisation des technologies sans fil comme support de communication dans l’avionique embarqu´ee peut contribuer `a r´eduire le cˆablage ; impliquant un gain en poids et en volume pour les constructeurs et les compagnies a´eriennes. Les technologies sans fil peuvent aussi faciliter l’accessibilit´e des ´equipements embarqu´es et offrir des fonc-tionnalit´es de mobilit´e pour des applications telles que la maintenance. L’avionique peut par ailleurs b´en´eficier de la flexibilit´e et du faible coˆut des syst`emes de communication sans fil grˆace `a leur standardisation et `a leurs produits commercialis´es.
Cependant l’utilisation des technologies sans fil dans l’avionique, comme dans l’indus-trie automatis´ee, reste tr`es particuli`ere et tr`es probl´ematique en raison des contraintes temporelles, de s´ecurit´e des donn´ees et de fiabilit´e des applications avioniques `a garantir sur un m´edium radio. Les raisons principales sont li´ees aux erreurs de transmission dues aux caract´eristiques des liens physiques radios et aux d´elais suppl´ementaires caus´es par le
partage du m´edium entre les communications en Half-Duplex par l’ensemble des stations. Malgr´e ces limites, les technologies de r´eseaux locaux sans fil restent attractives pour les syst`emes de communication avionique. Par contre elles sont loin d’ˆetre consid´er´ees comme suffisamment fiables pour les applications avioniques compar´ees aux syst`emes de communication filaire existant comme le r´eseau avionique AFDX (Avionics Full DupleX switched ethernet). Le r´eseau AFDX est un r´eseau de type Ethernet, fiabilis´e et physi-quement redondant. Il a ´et´e d´evelopp´e et standardis´e par les industriels de l’a´eronautique pour ´equiper l’A380. Il est soumis `a des besoins de fiabilit´e des donn´ees, de d´eterminisme, de r´eduction des coˆuts et aussi `a des contraintes de certification. Par cons´equent, `a court et `a moyen terme, il est tr`es improbable que les r´eseaux locaux de communication sans fil soient en mesure de remplacer totalement le cœur filaire du r´eseau AFDX. En revanche, les r´eseaux sans fil pourront cohabiter avec les syst`emes de communication filaire avionique, avec l’AFDX comme le r´eseau f´ed´erateur, pour des applications moins critiques et moins sensibles temporellement que celles des commandes de vols.
Plusieurs applications a´eronautiques pourront ainsi b´en´eficier de l’utilisation des tech-nologies de r´eseaux sans fil [13]. Parmi lesquelles nous pouvont citer : (1) la surveillance de l’´etat de la structure et du fuselage de l’avion afin de r´eduire les heures de tests au sol, (2) la surveillance de l’´etat du moteur en rempla¸cant les capteurs existants avec des capteurs sans fil et par cons´equent r´eduire le cˆablage ´electrique, gagner en poids et en volume, et diminuer le coˆut de maintenance, (3) les tests de maintenance des ´equipements avioniques `a bord afin de faciliter l’acc`es aux ´equipements, de permettre la mobilit´e des agents de maintenance et de r´eduire la dur´ee et le coˆut de la maintenance.
Nos travaux portent essentiellement sur l’utilisation d’un support de communication sans fil pour des applications de maintenance au sol des ´equipements avioniques. Cette technologie sans fil doit coexister avec un r´eseau f´ed´erateur AFDX existant et permettre de satisfaire les exigences des applications avioniques sur le m´edium sans fil. Au vu de la capacit´e du r´eseau AFDX et de la quantit´e de donn´ees transmises, nous avons compar´e les technologies de r´eseaux locaux sans fil, notamment en terme de d´ebit et de port´ee, et notre choix s’est naturellement port´e sur la famille IEEE 802.11 qui offre des d´ebits th´eoriques allant jusqu’`a 54Mbps avec les normes IEEE 802.11g/a et une port´ee de 50 `a 100 m`etres. La famille IEEE 802.11 est plus adapt´ee pour la transmission de grande quantit´e de donn´ees. De plus elle offre un support de qualit´e de service grˆace `a l’amendement IEEE 802.11e qui am´eliore consid´erablement la couche MAC IEEE 802.11 traditionnellement utilis´ee en mode best effort. Notre objectif consiste donc `a concevoir un r´eseau hybride IEEE 802.11e/AFDX, afin de v´ehiculer des trafics avioniques sur le support sans fil IEEE 802.11e en garantissant les exigences en termes de fiabilit´e et de contraintes temporelles des applications avioniques, et ceci pour la maintenance au sol des avions.
Probl´
ematiques
Les syst`emes de communication avioniques sont soumis `a des contraintes de temps, de d´eterminisme, de s´ecurit´e et d’int´egrit´e des donn´ees. Face `a ces contraintes, l’utilisation de la technologie IEEE 802.11e pour l’avionique embarqu´e pr´esente plusieurs limitations qui sont li´ees : aux erreurs de transmission dues aux perturbations sur le support de
com-munication et aux m´ethodes d’acc`es de la norme IEEE 802.11e inadapt´ees aux exigences du r´eseau AFDX. Les aspects de la s´ecurit´e et d’int´egrit´e des donn´ees ne sont donc pas abord´es dans ce manuscrit, bien que les communications sans fil puissent pr´esenter des faiblesses de s´ecurit´e. Nous avons privil´egi´e l’´etude et nos contributions sur la garantie de la qualit´e de service du r´eseau IEEE 802.11 pour le transport des flux AFDX.
La norme IEEE 802.11e propose la m´ethode HCF (Hybrid Coordination Function) pour contrˆoler l’acc`es au support de communication. Cette m´ethode est constitu´ee de deux protocoles d’acc`es au m´edium : l’un distribu´e nomm´e ECDA (Enhanced Distributed Channel Access) et l’autre centralis´e nomm´e HCCA (HCF Controlled Channel Access). En raison des besoins de d´eterminisme des applications avioniques, notre choix s’est port´e sur la m´ethode HCCA qui est une m´ethode d’acc`es garantissant une QoS param´etrable et offrant un d´eterminisme d’acc`es moins al´eatoire que celui de la m´ethode EDCA. Cette derni`ere offre un acc`es probabiliste au m´edium avec des possibilit´es de collisions de trames. Malgr´e les fonctionnalit´es de QoS param´etrables offertes par la m´ethode HCCA, elle reste inappropri´ee face aux trafics AFDX. La norme IEEE 802.11e HCCA a ´et´e d´efinie pour des trafics `a d´ebit constant (CBR, Constant Bit Rate), elle n’est pas adapt´ee aux transferts de donn´ees `a d´ebit variable (VBR, Variable Bit Rate). Les propositions publi´ees pour am´eliorer la m´ethode HCCA sont g´en´eralement orient´ees vers des applications multim´edias o`u les contraintes de temps et de criticit´e sont plus souples.
La norme IEEE 802.11e ne propose aucune diff´erenciation de service entre les flux HCCA. En effet une seule file d’attente est pr´evue pour transmettre les diff´erents trafics HCCA. Les trames des flux HCCA sont transmises selon leur ordre d’arriv´ee. Une trame en urgence peut donc ˆetre retard´ee par une trame moins urgente car l’ordonnancement de r´ef´erence ne pr´evoit pas la pr´eemption et le r´eordonnancement. La m´ethode HCCA propose un contrˆole d’erreur de type ARQ (Automatic Repeat ReQuest) qui n’est pas adapt´ee aux trafics AFDX car la retransmission automatique et successive d’une trame peut entrainer l’´ech´eance des autres trames en attente de transmission. Ce principe de contrˆole d’erreur est contraire `a la politique d’isolement des erreurs du r´eseau AFDX o`u tout disfonctionnement d’un flux de trafic ne doit pas provoquer une fonctionement anormal des autres flux.
La m´ethode HCCA de r´ef´erence propose un ordonnancement centralis´e adapt´e aux trafics `a d´ebit constant, avec un polling statique des stations et une allocation de bande passante fixe. Dans le r´eseau AFDX, il existe plusieurs flux avioniques par station et chaque flux dispose de son propre d´ebit et de ces propres contraintes temporelles. Il est donc n´ecessaire de d´efinir une politique d’allocation de bande passante et un sch´ema de polling adapt´e pour chaque flux avionique de chaque station. Plusieurs am´eliorations ont ´et´e propos´ees dans la litt´erature pour surmonter les limitations de l’HCCA de r´ef´erence, cependant ces contributions sont sp´ecifiques pour des applications multim´edias moins critiques et moins exigeantes temporellement que celles avioniques.
Parmi ces contributions, nous avons ´etudi´e les solutions bas´ees sur une allocation de bande passante fixe comme d´efini dans la m´ethode HCCA. Ces m´ethodes sont g´en´ erale-ment bas´ees sur les caract´eristiques des trafics en entr´ee du r´eseau, ce qui leur permet de pr´evoir la bande passante maximale n´ecessaire pour chaque flux de trafic. Mais elles ne prennent pas en consid´eration le trafic suppl´ementaire g´en´er´e par la retransmission
des trames erron´ees. L’utilisation de ces m´ethodes n´ecessite une adaptation de la bande passante allou´ee aux stations pour prendre en compte la retransmission.
Notre attention s’est ´egalement port´e sur les m´ethodes d’estimation de charge des files d’attente et sur les m´ethodes de feedback d’informations. Ces m´ethodes proposent une allocation de bande passante variable `a chaque station par unit´e de temps en fonction de chaque flux et en fonction de l’´etat de la communication. Cette variabilit´e de la bande passante entraine une augmentation de la gigue sur la transmission des flux avioniques mais aussi dans certains cas une augmentation de la latence. Pour utiliser ces m´ethodes, il est donc n´ecessaire de d´efinir une politique de gestion de la gigue et de la latence adapt´ee aux flux AFDX sur un support IEEE 802.11.
Contributions
Pour r´epondre aux exigences des trafics AFDX en terme de gigue, de latence et d’iso-lement des erreurs, nous proposons une m´ethode d’acc`es bas´ee sur l’HCCA appel´ee AFS-HCCA (AFDX Flows Scheduling with AFS-HCCA). AFS-AFS-HCCA propose deux ordonnanceurs, (1) un ordonnanceur local nomm´e AWS (AFDX Wireless Scheduler) impl´ement´e sur les stations et (2) un ordonnanceur centralis´e impl´ement´e par le contrˆoleur hybride, c’est `a dire localis´e dans le point d’acc`es.
L’ordonnanceur AWS am´eliore l’ordonnancement de r´ef´erence HCCA bas´e sur un prin-cipe FIFO en int´egrant une m´ethode bas´ee sur la priorisation des flux AFDX pour contrˆoler leurs gigues et leurs latences maximales. AWS d´efinit ´egalement une politique de ges-tion de la retransmission des trames erron´ees. AWS utilise une politique d’allocation de bande passante d´efinie `a partir de la taille de trame maximale, en se basant sur la norme IEEE 802.11 HCCA. Cette politique induit une sur-allocation de bande passante. Pour y rem´edier les solutions propos´ees sont : l’Optimized Solution avec OAWS et le Released Bandwidth Solution avec AWS-RB. Afin de comparer exhaustivement nos contributions, nous appliquons ´egalement nos deux solutions `a l’ordonnanceur de r´ef´erence HCCA (RS, R´ef´erence Scheduler), ce qui donne respectivement ORS et RS-RB. L’Optimized solution am´eliore les ordonnanceurs locaux de base (AWS et RS) en proposant une politique de r´eutilisation de la bande passante libre pour la retransmission des trames perdues ou pour la transmission des trames proches de leur ´ech´eance. La Release Bandwidth Solution am´ e-liore AWS et RS, en lib´erant la bande passante non utilis´ee. Les r´esultats de simulations montrent que AWS am´eliore consid´erablement la m´ethode HCCA, mais l’ordonnancement local des trames au niveau des stations n’est pas suffisant pas pour satisfaire toutes les exigences des flux avioniques. La quantit´e de bande passante allou´ee `a chaque station, et son instant de polling sont des param`etres fondamentaux pour s’approcher des mˆemes performances que celles des transmissions AFDX filaires. Il est donc n´ecessaire de d´efinir un ordonnancement centralis´e au niveau du point d’acc`es, qui a pour rˆole d’allouer les bandes passantes appropri´ees aux stations et de d´efinir un sch´ema de polling adapt´e.
Nous proposons un ordonnanceur centralis´e sp´ecifique qui r´esout les limitations de l’ordonnancement de r´ef´erence. Notre ordonnanceur centralis´e : (1) alloue `a chaque station un temps de transmission adapt´e `a ses besoins, (2) construit une liste de polling bas´ee
sur les contraintes temporelles des stations et sur leur charge de trafic, et (3) alloue un surplus de bande passante `a chaque station pour les trafics en retransmission. Pour ces trois crit`eres, nous proposons deux m´ethodes d’ordonnancement. La premi`ere utilise des temps de transmission fixes, calcul´es pour satisfaire les exigences temporelles de tous les flux. Cette m´ethode est nomm´ee AFBA (Advanced Fixe BandWidth Allocation). La deuxi`eme m´ethode est bas´ee sur des temps de transmission variables calcul´es en fonction des arriv´ees de trames dans les files d’attente de chaque station, elle est nomm´ee VBA (Variable Bandwidth Allocation).
Nous avons ´evalu´e les diff´erentes m´ethodes que nous proposons en terme de paquets perdus, de d´ebits utiles et de d´elai d’acc`es maximum. Nous les avons compar´e `a la m´ethode de r´ef´erence de la norme IEEE 802.11e HCCA. Les r´esultats que nous avons obtenus s’av`erent globalement tr`es satisfaisants mˆeme si bien entendu ils restent en de ¸ca des performances d’une solution filaire.
Organisation de la th`
ese
Ce manuscrit est structur´e de la mani`ere suivante :
Le chapitre 1pr´esente un ´etat de l’art des diff´erents domaines technologiques abord´es dans cette th`ese : les r´eseaux industriels et les technologies de r´eseaux sans fil, les syst`emes de communications avioniques et la technologie du r´eseau local sans fil IEEE 802.11e.
Dans le second chapitre, nous pr´esentons l’architecture de notre r´eseau hybride IEEE 802.11e/AFDX. Nous d´efinissons dans ce chapitre la topologie g´en´erale de ce r´eseau hy-bride et abordons principalement la probl´ematique de l’utilisation de la technologie sans fil IEEE 802.11e dans l’environnement avionique.
Le chapitre 3 pr´esente nos contributions concernant la proposition AWS (AFDX Wi-reless Scheduler) permettant un ordonnancement local des flux AFDX.
Dans le chapitre 4, nous pr´esentons l’´etude analytique des politiques d’ordonnance-ments centralis´ees que nous proposons. Les deux m´ethodes AFBA et VBA am´eliorant la m´ethode d’acc`es HCCA sont ´etudi´ees et pr´esent´ees en d´etail.
Enfin le chapitre5est une ´evaluation de performances par simulation de l’architecture hybride propos´ee : comparant la m´ethode d’acc`es HCCA de r´ef´erence avec les versions am´elior´ees de l’HCCA que nous avons propos´ees.
Chapitre 1
Etat de l’art
Contents
1.1 R´eseaux industriels et technologies de r´eseaux locaux sans fil 7
1.1.1 R´eseaux locaux industriels : description . . . 7
1.1.2 Principaux besoins des syst`emes industriels automatis´es . . . . 9
1.1.3 Technologies de r´eseaux sans fil dans le milieu industriel . . . . 10
1.1.4 Conclusion partielle . . . 19
1.2 Syst`emes de communication avioniques . . . 20
1.2.1 Architectures des syst`emes avioniques . . . 20
1.2.2 R´eseaux de donn´ees avioniques . . . 23
1.2.3 R´eseau de donn´ees AFDX . . . 24
1.2.4 Conclusion partielle . . . 32
1.3 Norme IEEE 802.11e . . . 33
1.3.1 Architecture de l’IEEE 802.11 . . . 33
1.3.2 Pile protocolaire IEEE 802.11 . . . 34
1.3.3 M´ethodes d’acc`es distribu´ees de la famille IEEE 802.11 . . . . 36
1.3.4 M´ethodes d’acc`es centralis´ees de la famille IEEE 802.11 . . . . 41
1.3.5 Norme 802.11 dans les applications industrielles automatis´ees . 49 1.3.6 Conclusion partielle . . . 51
SANS FIL 7
1.1
R´
eseaux industriels et technologies de r´
eseaux
lo-caux sans fil
1.1.1
R´
eseaux locaux industriels : description
Les r´eseaux industriels sont d´esormais incontournables dans l’automatisation des pro-cessus industriels. Ils trouvent g´en´eralement leurs applications dans : les industries ma-nufacturi`eres, la gestion de bˆatiment et la domotique (la surveillance des bˆatiments, le contrˆole d’acc`es, la climatisation, la gestion des appareils ´electrom´enagers, la gestion de fluides), les syst`emes embarqu´es (aide au pilotage ou `a la conduite de v´ehicule : auto-mobile, train, avion, . . . ), le transport d’´energie ou de fluides (le pilotage des r´eseaux de distribution d’´electricit´e, de gaz, d’eau, de vapeur, . . . ), etc.
Les r´eseaux industriels peuvent ˆetre d´efinis comme des r´eseaux locaux utilis´es pour connecter diff´erentes machines afin d’assurer des fonctions de contrˆole de commande, de surveillance, de supervision, de conduite, de maintenance, dans des contextes de processus industriels. Les machines connect´ees sont g´en´eralement des ordinateurs, des automates programmables, des appareils de mesures, des ´equipements sp´ecifiques (fours, commandes num´eriques, ascenseurs, robots, v´ehicules command´es, etc.). Les machines sont reli´ees entre elles grˆace `a : (1) des lignes de communication filaire telles que des cˆables ´electriques et des fibres optiques, (2) des liaisons radios et (3) des ´el´ements d’interface. Les liens de communication filaires sont les plus utilis´es dans l’automatisation des syst`emes industriels car ils offrent l’avantage d’ˆetre sˆurs et maˆıtris´es par rapport aux liens de communication sans fil et permettent de limiter les perturbations li´ees `a l’environnement. Cependant, ils peuvent ˆetre un frein pour certaines applications qui requi`erent des fonctionnalit´es de mobilit´e ou de nomadisme, o`u l’utilisation d’une liaison sans fil peut ˆetre plus avantageuse. L’aspect de la connexion des machines n’est pas le seul `a consid´erer [119]. Il faut aussi prendre en consid´eration leur environnement de fonctionnement. En effet le qualificatif d’industriel pour un r´eseau peut ´egalement sous-entendre un environnement perturb´e. Cet environnement peut ˆetre pollu´e par des ondes ´electromagn´etiques provenant des appareils (moteur, courant forts, champs magn´etiques, etc), par des vibrations, de l’humidit´e, des produits chimiques, etc [134], [99].
Le dernier aspect des r´eseaux industriels `a prendre en consid´eration est les applica-tions industrielles automatis´ees r´eparties sur les machines mises en relation par le r´eseau. Les applications industrielles automatis´ees recouvrent des domaines multiples et vari´es, avec des contraintes et des exigences qui leurs sont propres. Les exigences et les besoins des applications dictent g´en´eralement le choix d’un r´eseau plutˆot que d’un autre. Il faut noter que les besoins des applications diff`erent selon des crit`eres tels que : la taille des donn´ees `a transmettre, les contraintes temporelles, les coˆuts acceptables de connexion, les technologies qu’il est possible de mettre en œuvre, etc. La diversit´e des applications et des machines utilis´ees dans les syst`emes industriels a engendr´ee une multitude d’offres de solutions en r´eseaux de communications industriels par exemple les r´eseaux : CAN [84]
SANS FIL 8 [130], CANOpen [21], MAP [101], FIP [120], PROFIBUS [8], MODBUS [74], SERCOS [1], AFDX [51].
Les solutions propos´ees peuvent ˆetre classifi´ees en quatre grandes familles en consid´ e-rant les fonctions r´ealis´ees : les r´eseaux de terrain, les r´eseaux de cellule, les r´eseaux de salle de commande ou d’atelier et les r´eseaux d’entreprise ou d’usine [8].
– Les r´eseaux de terrain connectent les capteurs, les actionneurs `a des dispositifs tels que les automates et les r´egulateurs. Les messages transmis sont de petites tailles. Le trafic v´ehicul´e est g´en´eralement p´eriodique avec des contraintes de temps r´eel. – Les r´eseaux de machine ou de cellule, parfois appel´es r´eseaux interm´ediaires, connectent
g´en´eralement des ´equipements de commande de robots, de machines-outils, de contrˆole de la qualit´e (lasers, machines de mesure).
– Les r´eseaux de salle de commande ou atelier ram`enent aux op´erateurs les infor-mations qui leur sont n´ecessaires pour conduire le processus de production, d´ e-finir les commandes, ou divers param`etres pour les r´egulateurs et les automates. Ils connectent des automates, des syst`emes num´eriques de contrˆole-commande, des syst`emes de supervision, etc. Les ´equipements connect´es partagent des r´essources communes et sont pilot´es par un syst`emes de commande global, centralis´e ou non. – Les r´eseaux d’usine ou d’entreprise irriguent l’ensemble de l’usine, interconnectant
les ateliers, les cellules avec les bureaux d’´etudes, avec les services administratifs, commerciaux et financiers de l’entreprise.
Figure 1.1 – Classification des bus de terrain selon la pyramide CIM
Certains r´eseaux industriels sont sp´ecifiquement d´edi´es `a des domaines d’application particuliers tels que : le tertaires ou l’immotique (EIB, Batibus), l’a´eronautique (ARINC), les processus continus (HART, Profibus, PA, Fiedbus) ou les applications embarqu´ees dans le monde des transports (CAN et FlexRay pour l’automobile, TCN pour les trains).
SANS FIL 9 Les caract´eristiques et les besoins des r´eseaux industriels d´ependent donc g´en´ erale-ment des domaines d’application, cependant il existe des caract´eristiques et des besoins sp´ecifiques aux syst`emes industriels. Dans la sous-section suivante, nous pr´esentons les principaux besoins et les caract´eristiques des syst`emes industriels.
1.1.2
Principaux besoins des syst`
emes industriels automatis´
es
Les besoins des syst`emes industriels automatis´es sont li´es `a leurs domaines d’applica-tion.
Par exemple [119], dans une industrie `a processus continu (agroalimentaire, sid´ erur-gique : fonderie, aci´erie, laminage), on retrouvera des besoins caract´eristiques des r´eseaux de terrain assurant en priorit´e le trafic temps r´eel entre les capteurs, les contrˆoleurs et les actionneurs. Les exigences du syst`eme d´ependent de la criticit´e de l’application consid´ e-r´ee, qu’elle soit exprim´ee en terme de qualit´e des produits, de s´ecurit´e des personnes, des machines et de l’environnement. Des supports et des cˆablages particuliers peuvent ˆetre n´ecessaires selon l’environnement (parasites ´electromagn´etiques, pr´esence de liquides ou de produits chimiques, temp´eratures extrˆemes). Des redondances du support de commu-nication et de certains ´equipements sont parfois n´ecessaires pour garantir une qualit´e de service et une disponibilit´e permanente du syst`eme.
Par contre dans les applications de gestion de bˆatiment (surveillance des bˆatiments, contrˆole d’acc`es, etc), cela rel`eve plus du suivi, de l’observation que de la commande. Des cam´eras ou des microphones sont utilis´es pour la t´el´esurveillance. Ces syst`emes utilisent des capteurs pour l’ouverture et la fermeture des portes, pour l’allumage et l’extinction de lampes, pour le contrˆole de la temp´erature, etc. Les conditions environnementales ne sont pas difficiles : pas de vibrations, pas de produits chimiques, ni de temp´eratures extrˆemes. Quelque soit le domaine d’application, les besoins et les caract´eristiques des syst`emes industriels exigent la fiabilit´e du syst`eme de communication pour respecter les contraintes temporelles des applications et la s´ecurit´e des donn´ees. Les principaux besoins des syst`emes industriels sont :
– La disponibilit´e et la fiabilit´e des communications : afin de garantir la continuit´e de la communication en cas de perturbation du syst`eme (ex : pannes, fort champs magn´etique, vibrations, attaques chimiques, humidit´e, poussi`ere, forte temp´erature, etc.)
– La garantie de performance (QoS) : Les exigences temporelles entre l’utilisation des commandes et leurs ex´ecutions doivent ˆetre satisfaites (latence et gigue born´ees). – La pr´edictibilit´e des performances du r´eseau (d´eterminisme) : cela consiste `a v´erifier
soit par simulation, soit par une m´ethode formelle si le syst`eme peut fournir les performances attendues et s’il autorise un ajustement facile de l’infrastructure pour satisfaire les performances.
SANS FIL 10 – La s´ecurit´e et la sˆuret´e des donn´ees : les applications industrielles ont des besoins
de disponibilit´e et d’int´egrit´e des donn´ees.
Les applications industrielles ainsi que leurs besoins ont beaucoup ´evolu´e en particu-lier grˆace `a l’essor de l’informatique, de l’´electronique et des syst`emes de communication industriels. En raison du succ`es des technologies sans fil dans le monde de l’entreprise et du grand public [128], de nouveaux besoins sont n´es dans l’industrie automatis´e. Les tech-nologies sans fil sont devenues tr`es attractives dans le milieu industriel avec les besoins de mobilit´e, de flexibilit´e du r´eseau, de r´eduction du cˆablage, du temps d’installation et de configuration [134] [124] [135]. Nous pr´esentons dans la sous-section suivante les technologies sans fil dans l’environnement industriel.
1.1.3
Technologies de r´
eseaux sans fil dans le milieu industriel
Les avantages des communications sans fil ont motiv´e le d´eploiement d’un certain nombre de technologies sans fil dans l’environnement industriel, en particulier les normes IEEE 802.11, ISA100, WirelesHART, ... . En effet, la possibilit´e de pouvoir connecter des p´eriph´eries sans utiliser de support filaire, constitue un gain en terme de coˆut de cˆablage, de temps d’installation et surtout de facilit´e d’utilisation grˆace `a la mobilit´e. Les technologies sans fil peuvent aussi faciliter l’installation et la reconfiguration du syst`eme de communication. Elles changent l’acc`es aux ´equipements et autorisent une plus grande flexibilit´e du syst`eme de communication. Par exemple, dans les syst`emes de production industrielle, en cas de panne d’une machine, le sch´ema de production peut ˆetre r´eorganis´e sur le court terme, tout en respectant les contraintes temps r´eel du syst`eme. Dans les environnements hostiles o`u le cˆablage peut ˆetre d´et´erior´e ou gˆenant, l’utilisation d’une transmission sans fil peut s’av´erer un bon compromis.
Cependant en raison des propri´et´es des canaux de transmissions radio, il est difficile de satisfaire les exigences strictes des applications industrielles en terme de fiabilit´e (s´ e-curit´e, suret´e...) et de contraintes temporelles [27]. Malgr´e les propri´et´es des canaux de transmissions radios, les technologies de r´eseaux locaux sans fil restent tr`es attractives pour les syst`emes industriels. En effet, la cr´eation du consortium ”Fly-By-Wireless Sector Consurtium” par l’organisation CANEUS [13] en est un exemple. Ce consortium a pour mission de promouvoir l’utilisation des technologies de r´eseaux sans fil dans l’industrie a´erospatiale afin de limiter le cˆablage et les connecteurs. L’organisation CANEUS vise `a fournir des services fiables, `a faible coˆut, et des alternatives plus performantes pour les v´ehicules a´eronautiques. En dehors du domaine a´eronautique, d’autres projets industriels utilisent la technologie sans fil, comme exemple le Projet FlexWARE [28] (Flexible Wi-reless Automation in Real-Time Environments). Ce projet vise `a mettre en œuvre une nouvelle plate-forme de communication temps r´eel bas´ee sur diff´erentes technologies de r´eseaux sans fil pour la mobilit´e ou le nomadisme, la localisation, la flexibilit´e et l’´ evoluti-vit´e du syst`eme, le faible coˆut avec une r´eduction du cˆablage, la facilit´e de configuration et de maintenance.
Malgr´e l’int´erˆet port´e aux technologies de r´eseaux sans fil, il est peu probable qu’`a court et `a moyen terme qu’elles puissent remplacer totalement les r´eseaux industriels filaires `a fort d´eterministe en raison des propri´et´es du m´edium radio. Ces technologies sans
SANS FIL 11 fil cohabitent avec les syst`emes de communication filaires permettant ainsi l’existence de sous-syst`emes sans fil tels que des syst`emes de localisation ou de maintenance [30].
Nous pr´esentons dans la sous-section suivante quelques exemples d’utilisation future ou r´eelle des technologies locales sans fil dans le milieu industriel. Nous pr´esentons, ensuite les contraintes li´ees `a la transmission radio dans le milieu industriel. Nous effectuons ensuite une description des principales technologies de r´eseau sans fil utilis´ees dans le milieu industriel. Nous terminons enfin cette sous-section par une comparaison de ces diff´erentes technologies.
1.1.3.1 Exemple d’utilisation des technologies sans fil dans les syst`emes in-dustriels
La facilit´e d’acc`es, la mobilit´e, la flexibilit´e, les faibles coˆuts, la simplicit´e d’installation et de configuration des syst`emes de transmission sans fil, ont fortement motiv´e leur utili-sation dans les syst`emes industriels. Parmi les cas d’application des technologies sans fil dans l’industrie, nous pouvons citer : la localisation, le guidage de v´ehicules automatis´es et les syst`emes de gestions des entrepˆots.
– La localisation : dans les syst`emes de fabrication, les transmissions sans fil peuvent ˆ
etre utilis´ees `a des fins de surveillance, elles permettent d’identifier et de localiser les dispositifs mobiles (v´ehicules, robots, etc.) [28].
– Guidage des v´ehicules automatis´es : les v´ehicules t´el´eguid´es sont g´en´eralement des robots en mouvement ou de petite voiture [28]. Ils sont utilis´es dans des applications industrielles pour d´eplacer du mat´eriel autour d’installations de fabrication, des entrepˆots, des syst`emes de tri et de distribution.
– Les syst`emes de gestion des entrepˆots : Ces syst`emes peuvent b´en´eficier d’une r´ e-duction du coˆut de cˆablage et d’une tr`es grande flexibilit´e grˆace `a l’absence de fil permettant ainsi l’utilisation de v´ehicules t´el´eguid´es ou de robots mobiles pour le stockage et la r´ecup´eration des produits. La localisation des dispositifs permettra une meilleure gestion de la manutention des marchandises [28].
Il est difficile de r´ealiser ces types d’applications si les technologies de communication filaires sont utilis´ees, `a moins de faire des compromis sur certaines des caract´eristiques du syst`eme. Par exemple, la mobilit´e compl`ete des dispositifs d’un syst`eme reste peu possible avec les technologies filaires. Seule une mobilit´e limit´ee et pr´ed´efinie est envisageable, elle est d´etermin´ee par la longueur du fil de connexion.
Il existe donc de fortes probabilit´es que les technologies de r´eseaux locaux sans fil soient de plus en plus utilis´ees dans les environnements industriels. Cependant leur utilisation doit ˆetre suivie par une garantie des exigences des applications industrielles.
Les technologies de r´eseaux locaux et personnels (WLAN et WPAN) actuels ont ´et´e d´evelopp´ees pour des applications Internet ou destin´ees `a l’entreprise et au grand public. Elles supportent g´en´eralement le mode Best-Effort, mˆeme si certaines technologies de r´ e-seau local sans fil comme la norme IEEE 802.11e offre certaines fonctionnalit´es de QoS. Cependant ces fonctionnalit´es sont orient´ees pour des applications multim´edias moins contraintes temporellement et moins critiques que les applications industrielles. Les tech-nologies WLAN et WPAN actuelles n’offrent pas de garantie de temps r´eel, ni de d´
eter-SANS FIL 12 minisme d’acc`es au m´edium [128], [27] et [70]. Ces limitations des technologies de r´eseaux locaux sans fil sont li´ees au support de communication sans fil utilis´e, mais aussi aux m´ e-thodes d’acc`es utilis´ees. Par ailleurs leur utilisation n´ecessite une adaptation au contexte industriel. Ainsi des technologies sans fil telles que ISA100 et WirelessHart ont ´et´e ´ ela-bor´ees pour r´epondrent `a des besoins industriels. Nous pr´esentons dans la sous-section suivante les limitations li´ees `a la transmission radio dans un milieu industriel.
1.1.3.2 Limites des technologies des r´eseaux locaux sans fil dans les syst`emes industriels
L’utilisation des technologies des r´eseaux locaux sans fil est tr`es prometteuse pour le d´eploiement de nouvelles applications dans les syst`emes industriels telles que la lo-calisation, la mobilit´e, le contrˆole ou la maintenance de dispositifs difficiles d’acc`es. Les technologies des r´eseaux locaux sans fil sont g´en´eralement coupl´ees `a des r´eseaux filaires, cependant, elles pr´esentent quelques limitations principalement li´ees aux propri´et´es des supports de communication sans fil et `a leurs protocoles d’acc`es au m´edium sans fil [126]. Parmi les principales propri´et´es des supports de communication sans fil, nous identifions : – Le Path Loss : Il repr´esente l’affaiblissement de propagation. En effet la puissance du signal radio diminue avec la distance entre l’´emetteur et le r´ecepteur. Cette dimi-nution est connue sous le nom de Path Loss. La magnitude du Path Loss d´epend de plusieurs param`etres, y compris de la technologie de l’antenne, des fr´equences utili-s´ees, des caract´eristiques physiques et des conditions environnementales (r´eflexions, diffractions et absorptions et multi-trajets) [41], [86].
– La communication en mode Half-Duplex : elle se caract´erise par une liaison dans laquelle les donn´ees sont v´ehicul´ees dans un sens ou l’autre, mais pas simultan´ement. Ce mode de fonctionnement permet d’avoir une liaison bidirectionnelle utilisant la capacit´e totale de la ligne. Cependant lorsqu’une station veut transmettre, elle doit s’assurer que le support de communication est disponible, ce qui repr´esente une latence suppl´ementaire par rapport aux syst`emes de communication en Full-Duplex. – Les overheads de la couche physique : ils sont constitu´es par le pr´eambule de la couche physique. Le pr´eambule permet la d´etection du d´ebut de la trame, la syn-chronisation de la trame et la prise du support de communication pour l’´emission. Le pr´eambule est constitu´e de deux parties : les bits de synchronisation et le d´ e-limiteur de d´ebut de trame. Pour permettre au r´ecepteur d’acqu´erir le pr´eambule malgr´e la d´egradation du canal de communication, la majeure partie des syst`emes sans fil ajoutent une s´equence suppl´ementaire au pr´eambule. Les overheads de la couche physique sont beaucoup plus faibles sur les supports de transmission filaire que ceux en sans fil, par exemple, la trame 802.11 DSSS a un pr´eambule de 144 bits (128 bits de synchronisation et 16 bits de d´elimiteur de d´ebut de trame) alors que la trame 802.3 n’a besoin que de 64 bits (56 bits de synchronisation et 8 bits de d´elimiteur de d´ebut de trame).
– Les erreurs de transmission : elles sont fr´equentes dans les syst`emes de communica-tion sans fil. Durant les transmissions sans fil, les signaux peuvent ˆetre soumis `a des r´eflexions, des diffusions, des interf´erences, etc, ce qui peut entrainer une alt´eration des donn´ees transmises.
SANS FIL 13 – La variabilit´e des performances du support de communication : l’environnement des r´eseaux sans fil n’est pas stable. Lorsque les caract´eristiques du canal se d´egradent (« shadow fading », forte r´eflexion, bruit fort, . . . ), le d´ebit de transmission change pour s’accommoder aux conditions d´egrad´ees de communication. On parle alors de d´ebit de repli, c’est-`a-dire que l’on transmet moins de bits sur le mˆeme temps symbˆole (ajustement de la modulation).
Malgr´e les contraintes li´ees `a la communication radio, les technologies de r´eseaux lo-caux sans fil restent tr`es attractives dans l’environnement industriel automatis´e, en vu des avantages qu’elles apportent en particulier la mobilit´e, la localisation, le faible coˆut des ´equipements, la facilit´e d’installation et de maintenance et la flexibilit´e du syst`eme de communication. Dans des environnements tels que l’a´eronautique, les technologies de r´eseaux locaux sans fil peuvent ˆetre tr`es int´eressantes coupl´ees avec le r´eseau filaire avio-nique. Elles peuvent ˆetre utilis´ees pour des applications telles que : la surveillance de l’´etat de la structure et du fuselage de l’avion, la surveillance du moteur et les tests de maintenance des ´equipements avioniques `a bord.
Dans la sous-section suivante, nous pr´esentons les technologies de r´eseaux locaux sans fil habituellement utilis´ees dans le milieu industriel.
1.1.3.3 Principaux r´eseaux sans fil industriels
Les technologies de r´eseaux sans fil les plus rencontr´ees dans le milieu industriel sont na-turellement celles utilis´ees dans l’entreprise et dans le milieu du grand public. Elles sont na-turellement repr´esent´ees par les technologies de r´eseaux personnels sans fil (WPAN, Wire-less Personal Area Network) telles que : l’IEEE 802.15.1/Bluetooth et l’IEEE 802.15.4/Zig-Bee, et les technologies de r´eseaux locaux sans fil tel que la famille IEEE 802.11/WiFi. Le choix de ces technologies sans fil est guid´e par leur standardisation, la disponibilit´e des produits commerciaux, leur prix bon march´e et l’utilisation de bandes de fr´equences libres ne n´ecessitant pas de licence d’exploitation.
Il existe ´egalement des technologies sans fil d´evelopp´ees par des groupes de travail sp´ecialis´es dans les applications industrielles, parmi lesquelles nous pouvons citer : Wire-lessHART [129] et ISA100 [52].
1.1.3.3.1 Technologie IEEE 802.15.1/Bluetooth : Bluetooth [5] est une techno-logie de r´eseaux locaux sans fil personnels con¸cue pour remplacer la connectivit´e filaire entre les dispositifs tels que : les ordinateurs, les imprimantes, les scanners, les claviers, les oreillettes, les souris, les t´el´ephones portables, les lecteurs de code-barres, etc. Elle utilise une technique radio `a courte distance (10-15 m`etres) pour les connexions entre les dispo-sitifs ´electroniques. Elle offre un d´ebit de 1 Mbps avec la version 1.2. Ce d´ebit maximale est am´elior´e `a 3 Mbits/s par La version 2.1+EDR. Bluetooth utilise la bande de fr´equence ISM (Industrie, Science et M´edical) `a 2,4 GHz.
Les topologies du r´eseau Bluetooth sont organis´es point `a point ou en piconets. Un piconet est d´efinit comme un mini-r´eseau qui est organis´e selon une topologie en ´etoile
SANS FIL 14 constitu´ee d’un «maˆıtre» et jusqu’`a sept «esclaves». Le «maˆıtre» contrˆole le trafic entrant et sortant des «esclaves». Il joue le rˆole d’ordonnanceur. La communication est directe entre le «maˆıtre» et un «esclave». Les «esclaves» ne peuvent pas communiquer directe-ment entre eux, ils doivent n´ecessairement passer par le maˆıtre. Le «maˆıtre» utilise un ordonnancement TDMA/TDD (Time Division Multiple Access/Time Division Duplex) pour g´erer les transmissions sur le support sans fil. IL contrˆole l’horloge et alloue des intervalles de temps de longueur constante (625µs), aux esclaves actifs [5]. Dans un tel sch´ema TDMA, la collision des trames est ´evit´ee. Un esclave peut ˆetre membre de plu-sieurs piconet, c’est-`a-dire avoir plusieurs «maˆıtre», mais un seul est actif `a un instant t. Les diff´erents piconets peuvent donc ˆetre reli´es entre eux. Le r´eseau ainsi form´e est appel´e un scatternet [5].
Bluetooth est un r´eseau dot´e d’un protocole int´eressant dans les environnements in-dustriels, ceci dˆu au fait qu’il a ´et´e con¸cu dans un objectif, pour r´eduire les coˆuts pour les communications `a faibles d´ebits. Cependant, l’utilisation du protocole Bluetooth pour les applications industrielles est limit´ee par le nombre de nœud autoris´e dans un piconet limit´e `a sept. Les faibles d´ebits de donn´ees peuvent ˆetre une limitation pour certaines applications industrielles bien que l’on puisse atteindre un d´ebit r´eel de 4 Mbps dans les versions 3 et 4. Finalement, Bluetooth n’impl´emente pas de m´ethode prenant en consid´ e-ration les ´ech´eances dans l’ordonnancement des paquets [25]. Il offre aucun traitement de priorisation des flux. Bien que le protocole Bluetooth obtienne des latences g´en´eralement faibles, ceci n’est pas une condition suffisante pour fournir une garantie de temps r´eel en terme d’´ech´eance.
1.1.3.3.2 Technologie IEEE 802.15.4/ZigBee : ZigBee est une technologie de r´ e-seau sans fil personnel destin´ee `a l’´electronique embarqu´ee `a tr`es faible consommation ´energ´etique. Elle trouve ses applications, tant sur le march´e grand public des r´eseaux sans fil domestiques, que dans le secteur industriel (capteurs, commandes `a distance etc.). ZigBee est utilis´e pour les r´eseaux sans fil de courte port´ee et permet de r´ealiser des trans-ferts de donn´ees `a des d´ebits compris entre 20 et 250Kbits/s selon la bande de fr´equence utilis´ee. La technologie IEEE 802.15.4/ZigBee peut ˆetre utilis´ee par exemple dans la t´el´ e-rel`eve. L’une des particularit´es de ZigBee et de la norme IEEE 802.15.4 [115] est sa tr`es faible consommation ´energ´etique. Ceci grˆace `a un mode de fonctionnement appel´e ”doze” ou ”somnolence” qui implique une faible utilisation protocolaire du m´edium.
La norme IEEE 802.15.4 et ZigBee pr´evoient deux types de dispositifs : le FFD (Full-Function Device) incorporant la totalit´e de la sp´ecification ZigBee (IEEE 802.15.4), et le RFD (Reduced-Function Device) aux fonctionnalit´es all´eg´ees permettant de r´eduire la consommation ´energ´etique. Une entit´e FFD peut fonctionner comme un coordinateur du r´eseau ou comme un simple nœud terminal. Il n´ecessite g´en´eralement une source non contrainte ´energ´etiquement. Par contre une entit´e RFD est toujours consid´er´ee comme un nœud terminal (ex : capteur embarqu´e) [115]. La norme pr´evoit plusieurs topologies, les principales sont : l’´etoile (star) et le point `a point (peer to peer). D’autres topologies plus complexes, maill´ees ou cluster tree, peuvent aussi ˆetre ´elabor´ees grˆace aux fonctionnalit´es de la couche r´eseau de ZigBee.
SANS FIL 15 La pile protocolaire ZigBee suit les recommandations du mod`ele OSI (Open Systems Interconnections) en terme de s´eparation des rˆoles attribu´es aux diff´erentes couches. La pile ZigBee reprend les couches 1 et 2 normalis´ees de la norme IEEE 802.15.4 et ajoute ses propres couches sup´erieures, notamment la couche R´eseau (NWK) et la couche Application (APL) [115].
Le protocole MAC IEEE 802.15.4 fourni deux modes de fonctionnement :
– Le mode sans ”beacon”1, o`u la couche protocolaire utilise le CSMA/CA non slott´e, – Le mode avec beacon, o`u les trames de beacon sont envoy´ees p´eriodiquement par le coordinateur du r´eseau, il synchronise tous les nœuds associ´es. Pour la gestion de l’acc`es au m´edium, l’espace temps est d´ecoup´e en deux p´eriodes : la p´eriode active et la p´eriode non active. La p´eriode active est appel´ee supertrame, elle est elle-mˆeme d´ecoup´ee en deux sous-p´eriodes : une p´eriode d’acc`es avec contention ou CAP (Contention Access Period) et une p´eriode d’acc`es contrˆol´ee ou CFP, Contention Free Period. La CFP est constitu´ee d’au plus de sept intervalles de temps nomm´es GTS, Guaranteed Time Slot qui sont exclusivement allou´es aux nœuds associ´es. La norme IEEE 802.15.4 dispose de caract´eristiques technologiques int´eressantes pour une utilisation dans le milieu industriel. En effet au niveau de la couche physique la norme utilise un sch´ema de codage, destin´e aux faibles d´ebits de donn´ees, tr`es robuste contre les bruits et les interf´erences compar´e `a ceux utilis´es par la famille IEEE 802.11. Le mode de fonctionnement ”beaconed” autorisant l’allocation des GTSs peut ˆetre utilis´e pour garantir une bande passante donn´ee ou d´efinir un d´elai d’acc`es maximal pour chaque nœud. Ces caract´eristiques font que l’IEEE 802.15.4 est g´en´eralement consid´er´ee comme l’un des choix les plus adapt´es aux applications contraintes temporellement pour les r´eseaux de capteurs [128].
Toutefois le faible d´ebit de donn´ees peut ˆetre un frein pour certaines applications industrielles. Une faible ´evolutivit´e du r´eseau existe pour les trafics temps r´eels en raison du nombre limit´e de GTS (sept au plus) dans chaque supertrame. Dans le mode ”beaconed”, des collisions de beacons peuvent avoir lieu lorsque deux ou plusieurs WPAN 802.15.4 proches fonctionnent sur la mˆeme bande fr´equence. En effet le coordination n’effectue aucune ´ecoute de la porteuse en transmettant sa trame ”beacon”.
1.1.3.3.3 Technologie IEEE802.11/WiFi : La norme IEEE 802.11 a ´et´e initiale-ment d´evelopp´ee par l’IEEE en 1997 [102] et r´evis´ee en 2003 [105] puis en 2007 [109]. Les bandes de fr´equence choisies pour communiquer sont le 2.4GHz et 5GHz. La norme impl´emente les deux premi`eres couches basses du mod`eles OSI. Elle utilise deux modes de fonctionnement : le mode ad-hoc et le mode avec infrastructure. Avec le mode ad-hoc les stations communiquent entre elles sans aucune infrastructure r´eseau ni aucun contrˆ o-leur d’acc`es au r´eseau. Dans le cas d’un fonctionnement en mode infrastructure, le r´eseau dispose d’un point d’acc`es qui contrˆole l’acc`es au support de communication, il sert aussi d’interface entre le r´eseau filaire et le r´eseau sans fil.
Plusieurs groupes de travail ont particip´e `a la cr´eation et `a l’am´elioration de la norme IEEE 802.11, ce qui a donn´e naissance `a plusieurs versions. Chaque version apporte une contribution particuli`ere `a la norme de base. Les diff´erentes versions peuvent ˆetre
SANS FIL 16 p´ees en deux groupes : un premier pour celles qui apportent une contribution sur les d´ebits de transmission et sur la couche physique, et un second groupe pour celles qui am´eliorent les fonctionnalit´es MAC de l’IEEE 802.11. Le premier groupe est constitu´e par les versions IEEE802.11b, IEEE802.11a, IEEE802.11g et IEEE802.11n, li´ees aux caract´eristiques de transmission.
– L’IEEE 802.11b est la premi`ere version `a ˆetre largement d´eploy´ee. Elle op`ere dans la bande de fr´equence ISM 2.4 GHz et autorise un d´ebit maximum th´eorique de 11Mbps. La couche physique utilise le HR/DSSS (High Rate/Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)) [104].
– L’IEEE 802.11a utilise les mˆemes r`egles de fonctionnement que la norme de base. Sa couche physique op`ere dans la bande de fr´equence des 5GHz et utilise la modu-lation OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing). Elle propose un d´ebit physique maximum de 54 Mbps [103].
– L’IEEE 802.11g fonctionne dans la bande des 2,4 GHz et utilise aussi bien le DSSS que l’OFDM. Elle est compatible avec l’IEEE 802.11b et offre un d´ebit maximal de 54 Mbps [106].
– L’IEEE 802.11n a pour objectif d’atteindre au moins un d´ebit proche de celui du «Fast Ethernet». Un d´ebit de 150 Mbps est pr´evu en utilisant la technique du MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) [113]. Cette norme fonctionne sur les bandes de fr´equences 2.4GHz et 5GHz. La technique de modulation utilis´ee est ´egalement l’OFDM mais en mode multi-canaux.
Les versions du second groupe ont pour but d’am´eliorer les fonctionnalit´es de la couche MAC. Chaque am´elioration a un objectif particulier tel que : la s´ecurit´e, le roaming, la qualit´e de service, etc. Les versions les plus int´eressantes pour les r´eseaux industriels sont : 802.11i, 802.11e, 802.11r, 802.11v, 802.11k.
– L’IEEE 802.11i a ´et´e impl´ement´ee afin d’am´eliorer la s´ecurit´e dans le r´eseau et de remplacer l’algorithme WEP (Wired Equivalent Privacy) devenu obsol`ete. Elle a ´et´e publi´e en 2004 en int´egrant des m´ecanismes d’authentification forte et de chiffrement bas´e sur l’algorithme AES (Advanced Encryption Standard) [107].
– L’IEEE 802.11e, cette version a ´et´e publi´ee en 2005 et d´efinie la qualit´e de service pour la couche MAC de l’IEEE 802.11 de base. Elle a ´et´e con¸cue pour supporter des applications contraintes temporellement telles que la voix et la vid´eo [108].
– L’IEEE 802.11r, a ´et´e publi´e en 2008. Elle am´eliore le roaming de la 802.11 legacy en d´efinissant un roaming permettant le support des communications temps r´eel telle que la VoIP [111].
– L’IEEE 802.11v, a ´et´e cr´ee pour am´eliorer les services de gestions des dispositifs sans fil. Elle permet de simplifier la gestion du r´eseaux sans fil et permet la configuration des dispositifs sans fil [114].
– IEEE 802.11k-2008 est un amendement `a la norme IEEE 802.11-2007 standard pour la gestion des ressources radio. Il d´efinit et donne les informations sur le radio et sur le r´eseau pour faciliter la gestion et la maintenance des dispositifs sans fil dans le r´eseau local sans fil [112].
Contrairement `a Bluetooth et ZigBee, l’IEEE 802.11 a ´et´e con¸cue pour la transmission de trames de large taille. Ceci implique une utilisation de cette norme pour transmettre
SANS FIL 17 des trames de petite taille donne des performances non optimales. En effet, la transmis-sion de paquets de petite taille comme pour la plus part des bus de terrain, entraine une forte diminution du d´ebit utile. Cette diminution est due aux overheads de transmission des paquets, aux erreurs de transmission et `a la m´ethode d’acc`es bas´ee sur le protocole CSMA non d´eterministe. L’IEEE 802.11 est bas´ee sur deux m´ethodes d’acc`es : le DCF (Distributed Coordination Function), qui est une m´ethode d’acc`es distribu´ee bas´ee sur le CSMA/CA, et le PCF (Point Coordination Function), qui est une m´ethode d’acc`es contrˆ o-l´ee [109]. Le DCF a ´et´e con¸cu pour supporter des trafics en mode «Best Effort» ; les trafics non contraints temporellement et non p´eriodiques. Le PCF vise `a fournir une meilleure qualit´e de service, avec un acc`es au m´edium contrˆol´e et une gestion de l’allocation de la bande passante. Malgr´e cela le PCF rencontre des difficult´es `a supporter des services p´ erio-diques. Pour une meilleure gestion des trafics contraints temporellement, l’IEEE 802.11e am´eliore le protocole MAC de base. Elle propose l’HCF (Hybrid Coordination Function) qui englobe deux m´ethodes d’acc`es : une premi`ere nomm´e EDCA (Enhanced distributed channel access), d´efinie comme une am´elioration du DCF et une seconde nomm´ee HCCA (HCF Controlled Channel Access) am´eliorant le PCF. De nombreux travaux ont ´et´e men´es sur les m´ethodes d’acc`es de l’IEEE 802.11e afin d’am´eliorer leurs performances. Cependant la grande majorit´e des contributions sont destin´ees aux applications multim´edias (voix et vid´eo).
1.1.3.3.4 Standards des r´eseaux sans fil industriels : Les activit´es de standardi-sation des technologies sans fil industrielles ont ´et´e observ´ees depuis 2005. L’IEC 61784-2 (International Electrotechnical Commission), d´ecrit notamment comment transmettre les trames du r´eseau PROFINET IO par une liaison sans fil en utilisant Bluetooth ou IEEE 802.11 (g et h) [45]. L’IEC 61784-2 ne propose aucune mesure sp´ecifique pour augmenter la robustesse de ces normes face aux respects des exigences et des conditions de l’environ-nement industriel. De plus, il n’existe aucun test de sp´ecification disponible d’un point de vue industriel pour l’interop´erabilit´e des ´equipements.
En 2006, l’ISA (Internationnal Society of Automation) ´etablie un groupe de travail qui traite des communications sans fil dans l’industrie. L’ISA a constitu´e un comit´e de standardisation, l’ISA100 [52] [53], visant `a d´efinir une famille de standards coh´erents et interop´erables, facilitant la mise en œuvre des solutions sans fil dans le monde des automatismes et du contrˆole, notamment au niveau du bus de terrain. Elle utilise la radio bas´ee sur la norme IEEE 802.15.4-2006 `a 2.4GHz identique `a celle Zigbee. La premi`ere version de ce standard, l’ISA100.11 a ´et´e approuv´ee par le Comit´e ISA100 en juillet 2009 et est en cours de ratification officielle au sein de l’ISA avant transmission `a l’ANSI.
En 2008, la sp´ecification WirelessHART [129] a ´et´e publi´ee dans IEC/PAS 62591Ed.1, elle utilise les fr´equences radio de la norme IEEE 802.15.4 `a 2.4GHz. Elle inclut plusieurs caract´eristiques pour am´eliorer la fiabilit´e des communications dans un environnement industriel ; en particulier le routage redondant (diversit´e spatiale), la coexistence avec les autres technologies sans fil locales, les communications synchronis´ees temporellement, la s´ecurit´e, l’´energie avec des dispositifs purement sans fil et sans source de puissance filaire. WirelessHART est adress´ee aux applications `a faible performance et `a faible consommation ´energ´etique.
SANS FIL 18 1.1.3.3.5 Comparaison entre les principales technologies de r´eseaux sans fil industriels : Dans cette partie nous pr´esentons une analyse comparative entre les prin-cipales technologies sans fil utilis´ees dans le milieu industriel [128] : l’IEEE 802.15.1/Blue-tooth, l’IEEE 802.15.4 et les IEEE 802.11a/b/g. Ces technologies pr´esentent des avan-tages comme des inconv´enients selon les sc´enarios d´efinis et les applications support´ees. Par exemple les syst`emes bas´es sur l’IEEE 802.11 sont plus adapt´es pour la transmission de grande quantit´e de donn´ees. L’IEEE 802.15.4 quant `a elle est plus adapt´ee aux com-munications `a faible consommation d’´energie, `a une utilisation de petits paquets et `a une faible p´eriodicit´e de la communication. Bluetooth se positionne entre la norme 802.11 et la norme 802.15.4 en offrant une consommation d’´energie r´eduite par rapport `a la norme IEEE 802.11 et avec des d´ebits sup´erieurs `a ceux de l’IEEE 802.15.4 (voir la Table 1.1).
- IEEE802.15.1 IEEE802.15.4 IEEE.11a/g /Bluetooth /Zigbee
Port´ee 10-100m 100m 50-100m
D´ebit maximal 1 Mbit/s - 250 Kbit/s 54 Mbit/s 4Mbit/s (versions 3 et 4)
Consommation Faible Tr`es faible Moyen ´energ´etique
Donn´ees p´eriodiques Oui (d´epend de l’algo- Oui Oui rithme de scrutation)
Retransmissions Oui Oui Oui
FEC (Forward Disponible Non Non
Error Correction)
Table 1.1 – Tableau comparatif des technologies sans fil utilisables dans l’industrie Bien que ces technologies puissent ˆetre utilis´ees dans le milieu industriel, aucune d’entre elles ne peut garantir un niveau de performance semblable aux technologies des r´eseaux filaires industriels actuels. Ceci est principalement dˆu aux propri´et´es intrins`eques du m´ e-dium sans fil pour les communications radio. Cependant, en plus des limitations li´ees aux caract´eristiques des supports de communication sans fil, il est n´ecessaire de prendre en consid´eration celles li´ees aux protocoles d’acc`es au m´edium. Des solutions sans fil ont ´et´e propos´ees pour les applications temps r´eel, cependant elles concernent la plupart du temps la voix et la vid´eo. La voix peut tol´erer une latence d’environ 150ms avec un taux de perte de paquet allant jusqu’`a 1 %, tandis que les applications industrielles ont g´en´eralement une latence comprise entre 1ms et 10ms et ne tol`ere aucune perte de paquets. Des ´etudes ont ´et´e propos´ees dans la litt´erature afin de permettre une utilisation des technologies de r´eseaux locaux sans fil dans l’automatisation des applications industrielles et nous avons r´ealis´e une synth`ese.
Hou Wei-yan [43] propose un protocole MAC bas´e sur l’utilisation d’un jeton temporis´e afin d’am´eliorer l’IEEE 802.11 MAC. Maadani [70] utilisent la technique de communica-tion num´erique « Spatial multiplexing » du MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) [113] coupl´ee avec l’IEEE 802.11e EDCA [108]. Les auteurs ont montr´e que mˆeme en sa-tur´e, ils obtiennent de meilleurs r´esultats compar´e `a ceux l’IEEE 802.11e EDCA. Yangbo [134] propose une technique d’ordonnancement d´eterministe pour l’IEEE 802.11 bas´ee sur un principe TDMA. Ils utilisent une couche «deterministic scheduling», entre la couche MAC et la couche LLC. Leur mod`ele consiste `a d´ecouper « l’intervalle beacon » en quatre p´eriodes : la «Startup stage», phase de maintenance du r´eseau, la «Periodic message stage», pour la transmission des messages p´eriodiques, la «Nonperiodic message stage», pour la scrutation des dispositifs ayant du trafic non prioritaire et la «Reservation stage»,
SANS FIL 19 la phase de r´eservation. L’auteur Yonghoon [20] propose une contribution bas´ee sur le TDMA pour l’ISA100.11a [53], une technologie de r´eseaux de capteurs pour les applica-tions industrielles. Gamba [31] propose l’utilisation de l’Ethernet POWERLINK [35], [98], pour g´erer la communication des dispositifs sans fil. Pour cela, ils ont effectu´e une ´ eva-luation th´eorique et exp´erimentale des instants de scrutation. L’Ethernet POWERLINK est un protocole temps r´eel et d´eterministe pour l’Ethernet standard, il est bas´e sur des phases de scrutation et un d´ecoupage temporel.
D’autres travaux ont aussi ´et´e men´es dans le but de coupler les technologies de r´eseaux locaux sans fil aux bus de terrain utilis´es dans les r´eseaux industriels. Parmi lesquels, nous avons l’auteur Wang [123], qui utilise un convertisseur, inclut dans une passerelle, qui adapte les donn´ees provenant de la partie sans fil pour les envoyer `a la partie filaire (PROFIBUS DP et MODBUS) et vice-versa. L’auteur Cuneyt [7] proposent un disposi-tif appel´e «Wireless Interworking Unit», qui permet aux ´equipements connect´es au bus CAN2.0A de communiquer avec des ´equipements sans fil utilisant l’IEEE 802.11b.
1.1.4
Conclusion partielle
Les r´eseaux industriels ont pris une partie incontournable dans l’automatisation des syst`emes industriels. Le choix d’un r´eseau plutˆot que d’un autre est dict´e par les besoins des applications industrielles automatis´ees. Vu le nombre et la diversit´e des applications industrielles automatis´ees, ils existent de tr`es nombreuses solutions de r´eseaux industriels dont une partie reste propri´etaire et pour des applications sp´ecifiques. L’utilisation des r´eseaux locaux sans fil dans les syst`emes industriels est consid´er´ee comme une ´evolution naturelle des syst`emes de communication industrielle. Les technologies de communication sans fil ont le potentiel de fournir des avantages significatifs pour les syst`emes industriels. La communication sans fil peut r´eduire consid´erablement le coˆut et le temps n´ecessaires pour l’installation et la maintenance du syst`eme de communication. Elle peut ˆetre utilis´ee dans des environnements difficiles d’acc`es ou hostiles en pr´esence de produits chimiques ou d’environnement vibratoires. Les transmissions sans fil peuvent aussi offrir une flexibilit´e de l’infrastructure de communication.
Cependant, en raison des pertes de donn´ees ´elev´ees et des erreurs de transmission caus´ees par les d´egradations du canal, les exigences temporelles et la fiabilit´e des applications industrielles restent difficiles `a garantir. Les r´eseaux sans fil vont certes sans aucun doute jouer un rˆole crucial dans de nombreux syst`emes industriels automatis´es, mais actuelle-ment ils sont loin d’ˆetre consid´er´es suffisamment fiables pour les applications de contrˆ ole-commande industriel compar´es aux syst`emes filaires. La plupart des experts s’accordent sur le fait qu’`a court et `a moyen terme, il est tr`es improbable que les communications sans fil soient en mesure de remplacer totalement les solutions actuelles filaires adopt´ees dans de nombreux sc´enarios industriels. En revanche, les syst`emes sans fil pourront coexister avec les syst`emes de communication filaires. Les syst`emes sans fil deviennent alors com-pl´ementaires aux syst`emes filaires permettant l’existence des syst`emes sans fil mobiles et une flexibilit´e dans les r´eseaux industriels. Iles peuvent aussi ˆetre utilis´ees en p´eriph´erie des r´eseaux filaires pour la localisation ou pour connecter des capteurs `a des contrˆoleurs ou actionneurs.
1.2
Syst`
emes de communication avioniques
Les syst`emes de communication avioniques appartiennent `a la famille des syst`emes de communication embarqu´es qui sont d´efinis comme un sous ensemble des syst`emes de communication industriels. Le mot embarqu´e pour les syst`emes de communication indus-triels automatis´es peut sous entendre : une criticit´e des messages, un besoin de r´eduction du volume et du poids de cˆablage. Les syst`emes avioniques `a l’instar des syst`emes indus-triels ont beaucoup b´en´efici´e de l’avanc´e des syst`emes ´electroniques et de l’informatique. Ce qui a induit une augmentation consid´erable du nombre de fonctions embarqu´ees et une complexit´e grandissante des syst`emes. Dans cette partie, nous pr´esentons l’architec-ture des syst`emes avioniques, notamment son ´evolution durant ces 50 derni`eres ann´ees, la classification des syst`emes avioniques et les diff´erentes architectures avioniques. Apr`es la description de l’architecture des syst`emes avioniques, nous pr´esentons une revue de l’his-toire r´ecente des r´eseaux de donn´ees avioniques (ADCN, Aircraft Data Communication Network), de l’ARINC 429, 629 `a 664. Nous aborderons, dans la derni`ere section de cette partie, le cadre g´en´eral de nos travaux en lien avec la partie 7 de la norme ARINC 664 et plus particuli´erement le standard AFDX (Avioniques Full DupleX switched Ethernet).
1.2.1
Architectures des syst`
emes avioniques
Les syst`emes avioniques couvrent l’ensemble des syst`emes ´electroniques et informa-tiques embarqu´es `a bord de l’avion. Ils incluent les logiciels, les calculateurs, les capteurs, les actionneurs et l’ensemble des moyens de communication comme les bus de terrain. Les syst`emes avioniques ont pour rˆole de r´ealiser un ensemble de fonctions telles que : les commandes de vol, le pilotage automatique, la navigation, l’affichage des informations, etc [117] [118].
1.2.1.1 Evolution des syst`emes avioniques
A l’instar des syst`emes industriels, les syst`emes avioniques ont connu une tr`es grande ´evolution durant ces cinquante derni`eres ann´ees, ceci s’explique par le progr`es de l’´ electro-nique et de l’informatique. De ce progr`es r´esulte une demande grandissante de nouvelles fonctionnalit´es `a installer `a bord et par cons´equence une augmentation de la complexit´e des syst`emes avioniques [34]. L’´evolution des syst`emes avioniques peut ˆetre d´ecrite en plusieurs ´etapes. Dans les ann´ees 1950, l’avionique ´etait tr`es simple, chaque fonction ´etait ex´ecut´ee par un seul calculateur. A partir de 1960, l’avionique a fait ces premiers pas vers l’aviation moderne par le remplacement progressif des ´equipements analogiques par leurs homologues num´eriques. Depuis ce jour, la complexit´e des syst`emes avioniques est en constante progression avec l’impl´ementation de nouvelles fonctions qui b´en´eficient de l’´evolution des syst`emes ´electroniques. Le r´esultat est un syst`eme tr`es complexe avec des interconnexions d´edi´ees. Il est donc devenu tr`es difficile des r´ealiser toutes ces fonctions avec des liaisons point `a point car n´ecessitant trop de cˆablage. L’apparition des bus de communication, dans l’ann´ee 1970, a grandement contribu´e `a la r´eduction du cˆablage et
